DE102015203676A1

DE102015203676A1 - Device and method for monitoring a condition of a driver of a means of locomotion

Info

Publication number: DE102015203676A1
Application number: DE102015203676.6A
Authority: DE
Inventors: Tahnee Rehg; Alexander König; Ralph Helmar Rasshofer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2016-09-08

Abstract

Es werden ein Fortbewegungsmittel (10), eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Überwachung einer Verfassung eines Führers (1) eines Fortbewegungsmittels (10), nachfolgend „Fahrer (1)“ genannt vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: – Erfassen eines Elektrokardiogrammsignals des Fahrers (1) mittels eines ersten Sensors (2, 3, 4), – Erfassen einer Kenngröße des Elektrokardiogrammsignals mittels eines zweiten Sensors (5), – Erkennen einer Qualitätseinbuße des Elektrokardiogrammsignals, und im Ansprechen darauf – Verwenden der mittels des zweiten Sensors (4) erfassten Kenngröße zur Überwachung der Verfassung des Fahrers (1), bis die Qualitätseinbuße überwunden ist.The invention relates to a means of locomotion (10), a device and a method for monitoring a condition of a driver (1) of a means of locomotion (10), hereinafter referred to as "driver (1)". The method comprises the steps: detecting an electrocardiogram signal of the driver (1) by means of a first sensor (2, 3, 4), detecting a characteristic of the electrocardiogram signal by means of a second sensor (5), recognizing a deterioration in the quality of the electrocardiogram signal, and Response to this - using the driver's condition (1) taken by the second sensor (4) until the quality degradation is overcome.

Description

In den letzten Jahren wurden in der Automobilindustrie Ansätze untersucht, um die physische und psychische Verfassung eines Fahrers zu überwachen und im Ansprechen auf kritische Zustände automatische Maßnahmen einzuleiten. Ein Beispiel hierfür ist das Messen einer Lidschlagfrequenz, welche als Zeichen für Müdigkeit ausgewertet werden kann. Im Falle der Müdigkeitserkennung sind weiterhin Systeme bekannt, welche die Interaktion des Fahrers mit dem Lenkrad und/oder der Längsführung (Bremsen/Beschleunigen) berücksichtigen. Darüber hinaus sind nur wenige Ansätze bekannt, mittels welcher vielversprechend medizinische Parameter des Fahrzeugführers ermittelt und ausgewertet werden können. In recent years, attempts have been made in the automotive industry to monitor the physical and mental condition of a driver and initiate automatic responses in response to critical conditions. An example of this is the measurement of a blinking frequency, which can be evaluated as a sign of tiredness. In the case of fatigue detection systems are still known, which take into account the interaction of the driver with the steering wheel and / or the longitudinal guidance (braking / accelerating). In addition, only a few approaches are known by means of which promising medical parameters of the driver can be determined and evaluated.

Aus Gründen des Anwenderkomforts und der Fahrsicherheit sollte eine Fahrerzustandserkennung lediglich auf kontaktlosen Sensoren basieren, welche eine Befestigung am Körper oder gar an der Haut des Fahrers nicht zwingend erfordern („Wearables“ (z.B. Smart Watch) können ggf. als Sensorquellen mit verwendet werden, aber eben nur zusätzlich). Um Sensordaten zur Erstellung eines Elektrokardiogramms eines Fahrers während der Fahrt zu ermitteln, sind galvanische und kapazitive Sensoren im Lenkrad, im Sitz sowie im Sicherheitsgurt vorgeschlagen worden. Jedoch sind kapazitive oder galvanische Sensoren im Lenkrad stets darauf angewiesen, dass der Fahrer beide Hände an vorbestimmten Positionen am Lenkrad belässt. Kapazitive Sensoren im Sitz oder im Sicherheitsgurt geben unzuverlässige bzw. lückenhafte Signale ab, wenn durch Bewegung und Reibung erzeugte elektrische Ladungen das Signal stören. Dies führt dazu, dass Bewegungen des Fahrers stärkere elektrische Felder induzieren, als das eigentliche Elektrokardiogramm-Signal. Zusätzlich kann in der kalten Jahreszeit dicke Kleidung eine hinreichend gute kapazitive Kopplung zwischen dem menschlichen Körper und dem Sensor verhindern. Zusätzlich sind Systeme bekannt, welche aus Kameradaten des Kopfes oder der Stirn des Fahrers die Herzfrequenz des Fahrers berechnen können. For reasons of user comfort and driving safety, a driver condition detection should only be based on contactless sensors, which do not necessarily require attachment to the body or even to the skin of the driver ("wearables" (eg Smart Watch) may possibly be used as sensor sources, but just in addition). In order to determine sensor data for the preparation of an electrocardiogram of a driver while driving, galvanic and capacitive sensors have been proposed in the steering wheel, in the seat and in the seat belt. However, capacitive or galvanic sensors in the steering wheel always rely on the driver leaves both hands at predetermined positions on the steering wheel. Capacitive sensors in the seat or seat belt give off unreliable or patchy signals when electrical charges generated by movement and friction disturb the signal. This causes the driver's movements to induce stronger electric fields than the actual electrocardiogram signal. In addition, in the cold season, thick clothing can prevent sufficiently good capacitive coupling between the human body and the sensor. In addition, systems are known which can calculate the heart rate of the driver from camera data of the head or forehead of the driver.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Überwachung einer Verfassung eines Führers eines Fortbewegungsmittels („Fahrer“) komfortabel und dennoch zuverlässiger zu automatisieren. It is an object of the present invention to comfortably and yet more reliably automate the monitoring of a driver's condition of a vehicle ("driver").

Die vorstehend identifizierte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Überwachung einer Verfassung eines Fahrers eines Fortbewegungsmittels gelöst. Die Verfassung kann beispielsweise den kognitiven Zustand (auch „kognitive Belastung“), den emotionalen Zustand (z.B. umfassend Stress, Aggression, Langeweile, Entspannung, etc.) sowie Müdigkeit, den Gesundheits- und Fitnesszustand oder beliebige Kombinationen der vorgenannten Kenngrößen beschreiben. Das Fortbewegungsmittel kann beispielsweise ein PKW, ein Transporter, ein LKW, ein Motorrad, ein Wasser- und/oder Luftfahrzeug sein. In einem ersten Schritt wird ein Elektrokardiogrammsignal des Fahrers mittels eines ersten Sensors erfasst. Unter einem „Elektrokardiogrammsignal“ sei ein solches Sensorsignal verstanden, aus welchem die wichtigsten Kenngrößen eines Elektrokardiogramms einer Testperson ermittelt werden können. Beispiele für die Informationen des Elektrokardiogramms sind die P-, Q-, R-, S-, T-Werte, deren Positionen und andere Eckgrößen, wie sie im Stand der Technik zur Klassifikation eines Elektrokardiogramms hinreichend beschrieben sind. The above-identified object is achieved according to the invention by a method for monitoring a condition of a driver of a means of locomotion. For example, the constitution may describe cognitive condition (also called "cognitive distress"), emotional state (e.g., including stress, aggression, boredom, relaxation, etc.), as well as fatigue, health and fitness, or any combination of the foregoing. The means of transportation may be for example a car, a van, a truck, a motorcycle, a water and / or aircraft. In a first step, an electrocardiogram signal of the driver is detected by means of a first sensor. An "electrocardiogram signal" should be understood to mean such a sensor signal, from which the most important parameters of an electrocardiogram of a test subject can be determined. Examples of the information of the electrocardiogram are the P, Q, R, S, T values, their positions, and other corner values, as adequately described in the prior art for classification of an electrocardiogram.

Zusätzlich zur Erfassung des Elektrokardiogrammsignals mittels des ersten Sensors wird erfindungsgemäß eine Kenngröße des Elektrokardiogrammsignals mittels eines zweiten Sensors erfasst. Mit anderen Worten wird ein zweiter Sensor verwendet, um den Fahrer bezüglich mindestens eines Parameters des Elektrokardiogrammsignals zu überwachen. Beispielsweise kann der zweite Sensor eine andere Position und/oder ein anderes Wirkprinzip als der erste Sensor aufweisen und somit ergänzende Informationen aufnehmen, welche im Falle einer Nichtverfügbarkeit des vollständigen Elektrokardiogrammsignals verwendet werden kann, um weiterhin die Verfassung des Fahrers zu überwachen. Sofern nun eine Qualitätseinbuße des mittels des ersten Sensors aufgenommenen Elektrokardiogrammsignals erkannt wird (z.B. weil die Güte des Signals des ersten Sensors abnimmt oder der erste Sensor überhaupt kein Signal mehr vom Fahrer erhält), kann die mittels des zweiten Sensors erfasste Kenngröße zur Überwachung der Verfassung des Fahrers verwendet werden, bis die Qualitätseinbuße überwunden ist. Auf diese Weise wird eine gegebenenfalls verringerte Informationsdichte (pro Zeiteinheit) verwendet, um eine zeitweise Nichtverfügbarkeit des Signals des ersten Sensors zu überbrücken und fortwährend (verminderte) Informationen über die Verfassung des Fahrers zur Überwachung desselben zu verwenden. Selbstverständlich schließt dies nicht aus, dass zusätzliche Informationen (z.B. mittels eines dritten oder weiteren Sensors) ermittelt und zur Überwachung der Verfassung des Fahrers verwendet werden. In addition to the detection of the electrocardiogram signal by means of the first sensor, according to the invention a parameter of the electrocardiogram signal is detected by means of a second sensor. In other words, a second sensor is used to monitor the driver for at least one parameter of the electrocardiogram signal. For example, the second sensor may have a different position and / or principle than the first sensor and thus receive supplementary information that can be used in case of unavailability of the complete electrocardiogram signal to continue to monitor the condition of the driver. If a decrease in the quality of the electrocardiogram signal recorded by means of the first sensor is detected (eg because the quality of the signal of the first sensor decreases or the first sensor no longer receives any signal from the driver), the parameter detected by the second sensor can be used to monitor the condition of the sensor Used by the driver until the loss of quality has been overcome. In this way, an optionally reduced information density (per unit time) is used to bridge a temporary unavailability of the signal of the first sensor and to continuously use (reduced) information about the condition of the driver to monitor it. Of course, this does not exclude that additional information (e.g., by means of a third or further sensor) be detected and used to monitor the condition of the driver.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Der erste Sensor und/oder der zweite Sensor kann bzw. können einen kapazitiven Sensor und/oder einen galvanischen Sensor umfassen. Diese Sensoren reagieren auf die vom Fahrer erzeugten elektrischen Felder, aus welchen ein Kardiogrammsignal abgeleitet werden kann. Da ein hinreichender Kontakt bzw. eine hinreichende Nähe zum Körper des Fahrers für eine erfolgreiche Erfassung des Elektrokardiogrammsignals erforderlich ist, kann durch eine erfindungsgemäße Ergänzung um die Signale eines zweiten Sensors die Verfügbarkeit medizinischer Daten erhöht werden. The dependent claims show preferred developments of the invention. The first sensor and / or the second sensor may comprise a capacitive sensor and / or a galvanic sensor. These sensors respond to the electric fields generated by the driver, from which a cardiogram signal can be derived. Since sufficient contact or sufficient proximity to the driver's body is required for successful detection of the electrocardiogram signal, a supplement according to the invention can be used in order to increase the availability of medical data for the signals of a second sensor.

Der zweite Sensor kann beispielsweise einen optischen Sensor (z.B. eine optische Kamera, insbesondere eine Infrarotkamera zur Verwendung bei niedriger Lichtintensität) und/oder einen Radarsensor umfassen. Diese Ausgestaltungen des zweiten Sensors können zwar gegenüber dem ersten Sensor eine verringerte Informationsdichte bezüglich der Verfassung des Fahrers selbst bei ordnungsgemäßer Verwendung erzeugen, während die Verfügbarkeit der mittels des zweiten Sensors erfassten Daten mitunter höher ist, da ein geringer Abstand zum Körper des Anwenders nicht erforderlich ist. The second sensor may include, for example, an optical sensor (e.g., an optical camera, particularly an infrared camera for use at low light intensity) and / or a radar sensor. Although these embodiments of the second sensor can produce a reduced information density with respect to the driver's condition even when used properly, while the availability of the data acquired by the second sensor is sometimes higher, since a small distance to the body of the user is not required ,

Die vorgenannten Sensoren können beispielsweise in eine Sitzfläche und/oder eine Rückenlehne und/oder eine Kopfstütze eines Fahrersitzes und/oder in einen Sicherheitsgurt für den Fahrer und/oder in ein Lenkrad des Fortbewegungsmittels integriert sein. Im Falle eines optischen Sensors kann auch eine Montage im Bereich der A-Säule, im Dachhimmel oder im Armaturenbrett des Fortbewegungsmittels vorteilhaft sein, um Kenngrößen des Elektrokardiogrammsignals des Fahrers aufzunehmen, aufzulösen und eine Auswerteeinheit bereitzustellen. The aforementioned sensors may for example be integrated in a seat surface and / or a backrest and / or a headrest of a driver's seat and / or in a safety belt for the driver and / or in a steering wheel of the means of locomotion. In the case of an optical sensor, mounting in the region of the A-pillar, in the headliner or in the dashboard of the means of locomotion can also be advantageous in order to record parameters of the driver's electrocardiogram signal, to resolve them and to provide an evaluation unit.

Die mittels des zweiten Sensors erfasste Kenngröße kann beispielsweise ein Zeitpunkt eines Herzschlages, insbesondere eine Herzfrequenz, sein. Mit anderen Worten werden zwar Informationen, welche üblicherweise dem Elektrokardiogramm entnehmbar sind, nicht vollständig durch die Kenngröße beschrieben, doch kann im Falle eines vollständigen Ausbleibens eines vollständigen Elektrokardiogrammsignals sichergestellt werden, dass die in der Kenngröße enthaltene Informationen über den Fahrer weiterhin vorliegen. Auf Basis solcher verminderten, jedoch sichergestellten Informationen können erfindungsgemäß weitere Informationen eines (vermutlichen oder abgeleiteten) Elektrokardiogramms abgeschätzt werden. The characteristic quantity detected by means of the second sensor can be, for example, a point in time of a heartbeat, in particular a heart rate. In other words, although information which can usually be taken from the electrocardiogram is not completely described by the parameter, in the case of complete absence of a complete electrocardiogram signal it can be ensured that the driver information contained in the parameter continues to be present. On the basis of such reduced but secured information further information of a (presumed or derived) electrocardiogram can be estimated according to the invention.

Die Qualitätseinbuße des Elektrokardiogrammsignals, welche eine erfindungsgemäße Verwendung des Signals des zweiten Sensors veranlasst, kann dadurch gekennzeichnet sein, dass ein Zeitpunkt eines Herzschlages, insbesondere einer Herzfrequenz, des Fahrers aus dem Elektrokardiogrammsignal des ersten Sensors nicht ableitbar ist. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn der erste Sensor außerhalb einer erforderlichen Maximalentfernung vom Körper des Fahrers operiert. Praktisch kann dies beispielsweise dann der Fall sein, wenn der Fahrer eine Hand vom Lenkrad nimmt, die Sitzfläche und/oder Rückenlehne des Fahrersitzes (kurzfristig) nicht berührt und/oder Relativbewegungen zwischen der Sitzfläche/Rückenlehne dazu führen, dass elektrische Felder induziert werden, welche das Elektrokardiogrammsignal unbrauchbar machen. The deterioration in the quality of the electrocardiogram signal, which causes the signal of the second sensor to be used according to the invention, may be characterized in that a time of a heartbeat, in particular a heart rate, of the driver can not be derived from the electrocardiogram signal of the first sensor. This may for example be the case when the first sensor operates outside a required maximum distance from the body of the driver. In practice, this may for example be the case when the driver takes a hand off the steering wheel, the seat and / or backrest of the driver's seat (short term) does not touch and / or relative movements between the seat / backrest cause electrical fields are induced, which disable the electrocardiogram signal.

Auf Basis der erfindungsgemäß ermittelten Kenngröße des Elektrokardiogramms kann eine vermutliche Gestalt eines Elektrokardiogramms abgeleitet werden. Mit anderen Worten kann insbesondere für den Fall, dass die Informationen der Kenngröße mit dem (vollständigen) Elektrokardiogrammsignal zumindest annähernd kongruent sind (die Kenngröße also im Wesentlichen unverändert ist) angenommen werden, dass auch übrige Informationen des Elektrokardiogramms im Wesentlichen unverändert fortbestehen. Umgekehrt könne für den Fall, dass die Kenngröße (z.B. die Herzfrequenz) eine wesentliche Änderung erfahren hat, auch weitere Kenngrößen des bisherigen Elektrokardiogramms für ungültig bzw. „veraltet“ erklärt werden. Entsprechend kann eine Maßnahme eingeleitet werden, um einerseits das Signal des ersten Sensors wieder herzustellen und alternativ oder zusätzlich eine Maßnahme eingeleitet werden, um auf die veränderte Verfassung des Fahrers reagieren zu können. Mindestens kann eine Information an den Fahrer ausgegeben werden, um diesen zu einer Aktion zu bewegen, um einen oder beide der vorgenannten Maßnahmen zu begünstigen. On the basis of the characteristic quantity of the electrocardiogram determined according to the invention, a presumed shape of an electrocardiogram can be derived. In other words, in particular in the event that the information of the parameter with the (complete) electrocardiogram signal are at least approximately congruent (the parameter is therefore essentially unchanged), it can be assumed that also remaining information of the electrocardiogram essentially remains unchanged. Conversely, in the event that the characteristic (for example, the heart rate) has undergone a significant change, other parameters of the previous electrocardiogram can also be declared invalid or "obsolete". Accordingly, a measure can be initiated to restore the one hand, the signal of the first sensor and, alternatively or additionally, a measure to be initiated in order to respond to the changed condition of the driver can. At a minimum, information may be output to the driver to induce him to take action to favor one or both of the above measures.

Auf Basis der mittels des zweiten Sensors erfassten Kenngröße kann eine Wahrscheinlichkeitsverteilung der Phasen eines Elektrokardiogramms ermittelt werden. Mit anderen Worten kann die Kenngröße herangezogen werden, um einer jeden Phase des Elektrokardiogramms einen Wahrscheinlichkeitswert zuzuordnen, welcher angibt, zu welchem Zeitpunkt die jeweilige Phase (vermutlich) besteht bzw. nicht besteht. Entsprechend kann auch ein jeweiliger Wahrscheinlichkeitsgrenzwert für jeweilige Zeitpunkte und Phasen des Elektrokardiogramms festgelegt werden, im Ansprechen auf deren Über- bzw. Unterschreiten eine zugeordnete Aktion bzw. Reaktion des erfindungsgemäßen Systems erfolgt. Die erfindungsgemäße Verwendung der Kenngröße erhöht das Konfidenzmaß für die ermittelte Wahrscheinlichkeitsverteilung, so dass die Grenzwerte optimistischer gewählt werden können und eine (inadäquate) Maßnahme gegenüber im Stand der Technik seltener vorkommt bzw. vermieden werden kann. On the basis of the parameter detected by means of the second sensor, a probability distribution of the phases of an electrocardiogram can be determined. In other words, the parameter can be used to assign a probability value to each phase of the electrocardiogram, which indicates at what time the respective phase exists (presumably) or does not exist. Correspondingly, a respective probability limit value for respective times and phases of the electrocardiogram can be determined, in response to their exceeding or falling below an associated action or reaction of the system according to the invention takes place. The inventive use of the parameter increases the confidence measure for the determined probability distribution, so that the limit values can be chosen more optimistically and an (inadequate) measure compared to the prior art occurs less frequently or can be avoided.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Überwachung einer Verfassung eines Führers eines Fortbewegungsmittels („Fahrer“) vorgeschlagen. Die Vorrichtung eignet sich zur temporären, bevorzugt jedoch zur dauerhaften, Einbringung in ein Fortbewegungsmittel und kann beispielsweise fest im Fortbewegungsmittel verbaute Komponenten aufweisen oder gänzlich aus diesen bestehen. Bestandteile der Vorrichtung sind ein erster Sensor und ein zweiter Sensor sowie eine Auswerteeinheit, wobei für die vorgenannten Sensoren die Ausführungen zum erstgenannten Erfindungsaspekt entsprechend gelten. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise ein elektronisches Steuergerät sein, das optional auch für weitere Auswerteschritte (außerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens) verwendet werden kann. Der erste Sensor ist eingerichtet, ein Elektrokardiogrammsignal des Fahrers zu erfassen, während der zweite Sensor eingerichtet ist, eine verminderte Informationsdichte des Elektrokardiogramms in Form mindestens einer Kenngröße des Elektrokardiogrammsignals zu erfassen. Die Kenngröße kann beispielsweise einen Zeitpunkt eines Herzschlages, insbesondere eine Herzfrequenz, wiedergeben. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, eine Qualitätseinbuße des Elektrokardiogrammsignals zu erkennen, indem beispielsweise ein elektrischer Kontakt mit der Haut eines Anwenders oder eine räumliche Nähe zu Gewebe des Anwenders überwacht wird. Ähnlich kann auch der Verlauf des Elektrokardiogrammsignals auf atypische Verläufe oder Fremdsignale als Qualitätseinbuße hin untersucht werden, im Ansprechen worauf die mittels des zweiten Sensors erfasste Kenngröße zur Überwachung der Verfassung des Fahrers verwendet wird, bis die Qualitätseinbuße überwunden ist. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen denjenigen, welche in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oben im Detail ausgeführt wurden, derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf diese vermieden wird. According to a second aspect of the present invention, an apparatus for monitoring a condition of a driver of a vehicle ("driver") is proposed. The device is suitable for temporary, but preferably for permanent, introduction into a means of transportation and may, for example, have components permanently installed in the means of transportation or consist entirely of these. Components of the device are a first sensor and a second sensor and an evaluation unit, wherein for the aforementioned sensors, the statements on the first-mentioned aspect of the invention apply accordingly. The evaluation unit can be, for example, an electronic control unit, which can optionally also be used for further evaluation steps (outside the method according to the invention). The first sensor is configured to detect an electrocardiogram signal of the driver, while the second sensor is configured to detect a reduced information density of the electrocardiogram in the form of at least one characteristic of the electrocardiogram signal. The parameter may, for example, reflect a time of a heartbeat, in particular a heart rate. The evaluation unit is set up to detect a deterioration in the quality of the electrocardiogram signal, for example by monitoring an electrical contact with the skin of a user or a spatial proximity to tissue of the user. Similarly, the course of the electrocardiogram signal can also be examined for atypical courses or extraneous signals as a loss of quality, in response to which the driver's condition recorded by means of the second sensor is used until the loss of quality has been overcome. The features, combinations of features and the advantages resulting therefrom correspond to those which have been described above in detail in connection with the method according to the invention, such that, in order to avoid repetition, they are avoided.

Die erfindungsgemäße Verwendung der Kenngröße bis zur Überwindung der Qualitätseinbuße schließt selbstverständlich nicht aus, dass die Kenngröße zuvor oder anschließend ebenfalls zur Überwachung der Verfassung des Fahrers verwendet wird. Beispielsweise können die Signale des zweiten Sensors ganz grundsätzlich auch Informationen enthalten, welche in den Signalen des ersten Sensors (z.B. Prinzip bedingt) nicht enthalten sind. Jedoch können die Informationen der Kenngröße ähnliche oder identische Informationen repräsentieren, wie sie in einem einwandfreien Signal des ersten Sensors enthalten sind. Of course, the use according to the invention of the parameter until the quality degradation has been overcome does not preclude the characteristic from being used previously or subsequently likewise for monitoring the condition of the driver. For example, the signals of the second sensor may in principle also contain information which is not contained in the signals of the first sensor (for example due to the principle). However, the information of the characteristic may represent similar or identical information as contained in a sound signal of the first sensor.

Optional kann jedoch die Auswertung der Signale des zweiten Sensors ausgesetzt werden, sobald die Signale des ersten Sensors eine hinreichende Qualität aufweisen, so dass Rechenleistung in einem solchen Zustand eingespart werden kann. Optionally, however, the evaluation of the signals of the second sensor can be suspended as soon as the signals of the first sensor have a sufficient quality, so that computing power can be saved in such a state.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches beispielsweise als PKW, als Transporter, als LKW, als Motorrad, als Wasser- und/oder Luftfahrzeug, ausgestaltet ist. Das Fortbewegungsmittel umfasst eine Vorrichtung gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt, welche zur Überwachung einer Verfassung des Führers des Fortbewegungsmittels erfindungsgemäß eingerichtet ist. Auf diese Weise werden auch die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile in entsprechender Weise durch das Fortbewegungsmittel verwirklicht, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. According to a third aspect of the present invention, a means of transportation is proposed, which is designed, for example, as a car, as a transporter, as a truck, as a motorcycle, as a watercraft and / or aircraft. The means of locomotion comprises a device according to the second-named aspect of the invention, which is set up according to the invention for monitoring a condition of the driver of the means of locomotion. In this way, the features, combinations of features and resulting from these advantages are realized in a corresponding manner by the means of locomotion, so reference is made to avoid repetition of the above statements.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen: Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures. Show it:

1 eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen Konfiguration eines Fahrerarbeitsplatzes innerhalb eines erfindungsgemäß ausgestalteten Fortbewegungsmittels; 1 a schematic diagram of the inventive configuration of a driver's workplace within an inventively designed means of transport;

2 eine Prinzipskizze zu innerhalb eines Elektrokardiogramms enthaltenen Informationen; 2 a schematic diagram of information contained within an electrocardiogram;

3 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung einer Verfassung eines Fahrers eines Fortbewegungsmittels; 3 a flowchart illustrating steps of an embodiment of a method according to the invention for monitoring a condition of a driver of a means of locomotion;

4 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Signalverarbeitung durch ein erfindungsgemäßes Verfahren bzw. eine erfindungsgemäße Vorrichtung; und 4 a flowchart for illustrating a signal processing by a method according to the invention or a device according to the invention; and

5 ein Zeitdiagramm veranschaulichend Beispiele für erfindungsgemäß ermittelte Signale zur Überwachung einer Verfassung eines Fahrers. 5 A timing diagram illustrating examples of signals for monitoring a condition of a driver determined according to the present invention.

1 zeigt einen Fahrer 1 an seinem Fahrerarbeitsplatz innerhalb eines (nicht vollständig dargestellten) PKWs 10 als Fortbewegungsmittel. Die Verfassung des Fahrers 1 wird mittels einer Vielzahl Sensoren erfasst und einer Auswerteeinheit in Form eines elektronischen Steuergerätes 11 gemeldet. In die Sitzfläche 6 des Fahrersitzes ist ein Radarsensor 4 als zweiter Sensor eingelassen. Entsprechende Radarsensoren (nicht dargestellt) sind in die Rückenlehne 7 und die Kopfstütze 9 eingelassen und an das elektronische Steuergerät 11 angeschlossen. Eine optische Kamera 5 als weiteres Beispiel eines zweiten Sensors erfasst zumindest das Gesicht des Fahrers 1, aus deren Signalen pulsierende Adern (beispielsweise auf der Stirn und/oder im Augenbereich) zur Ermittlung einer Herzfrequenz als Kenngröße des Elektrokardiogramms ermittelt und zur erfindungsgemäßen Ergänzung des Informationsfundus bezüglich des Elektrokardiogramms verwendet werden können. Die Sensorsignale dieser zweiten Sensoren ergänzen die Signale erster Sensoren in Form eines kapazitiven Sensors 2 im Sicherheitsgurt 8 und galvanische Sensoren 3 im Lenkrad 12 des PKWs 10. 1 shows a driver 1 at his driver's workplace within a (not fully shown) car 10 as a means of transportation. The constitution of the driver 1 is detected by a plurality of sensors and an evaluation in the form of an electronic control unit 11 reported. In the seat 6 of the driver's seat is a radar sensor 4 embedded as a second sensor. Corresponding radar sensors (not shown) are in the backrest 7 and the headrest 9 taken in and to the electronic control unit 11 connected. An optical camera 5 as another example of a second sensor detects at least the face of the driver 1 , from the signals of which pulsating arteries (for example on the forehead and / or in the eye area) for determining a heart rate can be determined as the characteristic of the electrocardiogram and used for supplementing the information fund according to the invention with respect to the electrocardiogram. The sensor signals of these second sensors supplement the signals of first sensors in the form of a capacitive sensor 2 in the safety belt 8th and galvanic sensors 3 in the steering wheel 12 of the car 10 ,

2 zeigt den Verlauf eines typischen Elektrokardiogramms 20, welches periodisch als abgeleitetes Kardiogramm 20‘ gestrichelt fortgesetzt über der Zeit aufgetragen ist. Das Elektrokardiogramm 20 repräsentiert die elektrischen Aktivitäten des Herzens eines Fahrers in Form der exemplarisch dargestellten Kurve, wobei die unterschiedlichen Merkmale zur Beschreibung der Gestalt des Elektrokardiogramms in der Fachliteratur hinreichend diskutierte physiologische Prozesse und Zusammenhänge repräsentieren. Mit den Merkmalen „P-Welle“, „QRS-Komplex“, „T-Welle“, „U-Welle“, „PQ-Intervall“, „QT-Intervall“ und „ST-Strecke“ wird die Gestalt des Elektrokardiogramms 20 in der Literatur charakterisiert. Im dargestellten Beispiel entfällt zum Zeitpunkt t0 die Verfügbarkeit des mittels eines ersten Sensors erstellten vollständigen Elektrokardiogrammsignals des Fahrers. Ein zweiter Sensor ermittelt jedoch eine Position einer maximalen Erregung 13 auch zu denjenigen Zeitpunkten, an welchen im vollständigen Elektrokardiogramm 20 der Peak des QRS-Komplexes zu erwarten wäre. Aufgrund einer im Wesentlichen periodischen Fortschreibung des Elektrokardiogramms 20 anhand der Positionen 13 im abgeleiteten Kardiogramm 20‘ können auch die Positionen der (vermuteten) Positionen der übrigen Bestandteile des Elektrokardiogramms 20 und ihrer Gestalt abgeleitet werden. Ein möglicher Signalfluss, welcher zur Erlangung des abgeleiteten Kardiogramms 20‘ verwendet werden kann, wird in Verbindung mit 4 eingehender diskutiert. 2 shows the course of a typical electrocardiogram 20 , which periodically as a derived cardiogram 20 ' Plotted dashed continued over time. The electrocardiogram 20 represents the electrical activities of the heart of a driver in the form of the curve shown by way of example, wherein the different features for describing the shape of the electrocardiogram in the literature represent sufficiently discussed physiological processes and relationships. The shape of the electrocardiogram becomes "P wave", "QRS complex", "T wave", "U wave", "PQ interval", "QT interval" and "ST segment" 20 characterized in the literature. In the example shown, the availability of the driver's complete electrocardiogram signal generated by means of a first sensor is eliminated at time t0. However, a second sensor detects a position of maximum excitation 13 also at those times at which in the complete electrocardiogram 20 the peak of the QRS complex would be expected. Due to a substantially periodic continuation of the electrocardiogram 20 based on the positions 13 in the derived cardiogram 20 ' Also, the positions of the (assumed) positions of the remaining components of the electrocardiogram 20 and their shape are derived. A possible signal flow, which leads to the acquisition of the derived cardiogram 20 ' can be used in conjunction with 4 discussed in more detail.

3 zeigt ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung einer Verfassung eines Fahrers eines Fortbewegungsmittels. In Schritt 100 wird ein Elektrokardiogrammsignal des Fahrers mittels eines ersten Sensors erfasst. Der erste Sensor umfasst einen kapazitiven Sensor und/oder einen galvanischen Sensor. In Schritt 200 wird eine Kenngröße des Elektrokardiogrammsignals mittels eines zweiten Sensors erfasst. Der zweite Sensor umfasst einen optischen Sensor (z.B. eine Kamera, insbesondere eine Infrarotkamera) und/oder einen Radarsensor. In Schritt 300 wird anschließend eine Qualitätseinbuße des Elektrokardiogramms durch Ausbleiben des ersten Sensorsignals erkannt. Im Ansprechen darauf wird in Schritt 400 die mittels des zweiten Sensors erfasste Kenngröße zur Überwachung der Verfassung des Fahrers verwendet, bis die Qualitätseinbuße überwunden ist, also das erste Sensorsignal wieder erfasst und eindeutig interpretiert werden kann. In Schritt 500 wird eine Wahrscheinlichkeitsverteilung der Phasen des Elektrokardiogramms auf Basis der mittels des zweiten Sensors erfassten Kenngröße ermittelt. Auf diese Weise wird eine zutreffendere Wahrscheinlichkeitsverteilung der Phasen erstellt, als dies ohne zuverlässig sensorisch erfasste Informationen im Stand der Technik der Fall wäre. Anschließend wird in Schritt 600 eine vermutliche Gestalt eines Elektrokardiogramms auf Basis der mittels des zweiten Sensors erfassten Kenngröße abgeleitet. Im Ergebnis sind die auch nach Erkennen der Qualitätseinbuße verfügbaren bzw. rekonstruierten Informationen bezüglich des Elektrokardiogramms des Fahrers verlässlicher als im Stand der Technik, weshalb darauf aufbauende Maßnahmen adäquater sind. 3 1 is a flowchart illustrating steps of an embodiment of a method according to the invention for monitoring a condition of a driver of a means of locomotion. In step 100 an electrocardiogram signal of the driver is detected by means of a first sensor. The first sensor comprises a capacitive sensor and / or a galvanic sensor. In step 200 a characteristic of the electrocardiogram signal is detected by means of a second sensor. The second sensor comprises an optical sensor (eg a camera, in particular an infrared camera) and / or a radar sensor. In step 300 Subsequently, a loss of quality of the electrocardiogram is detected by the absence of the first sensor signal. In response, it will be in step 400 the detected by the second sensor characteristic used to monitor the constitution of the driver until the loss of quality is overcome, so the first sensor signal can be detected again and interpreted unambiguously. In step 500 a probability distribution of the phases of the electrocardiogram is determined on the basis of the parameter recorded by means of the second sensor. In this way, a more accurate probability distribution of the phases is created than would be the case without reliably sensory acquired information in the prior art. Subsequently, in step 600 a presumed shape of an electrocardiogram derived on the basis of the detected by the second sensor characteristic. As a result, information available or reconstructed even after recognizing the deterioration in quality is more reliable with respect to the driver's electrocardiogram than in the prior art, so that measures based thereon are more adequate.

4 zeigt ein Flussdiagramm zur Verwendung eines Elektrokardiogramms 20 zur Überwachung einer Verfassung eines Fahrers eines Fortbewegungsmittels. Über im Lenkrad sowie im Fahrersitz angeordneten Sensoren werden zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedlich verlässliche Signale S3 und S4 aufgenommen, welche anschließend hinsichtlich ihrer Qualität sowie hinsichtlich einer abgeleiteten Herzfrequenz untersucht werden. Die Qualitätssignale QS3 bzw. QS4 und die jeweilige abgeleitete Herzfrequenz RS3 bzw. RS4 werden in einem probabilistischen Signal-Fusions-Filters, z.B. aber nicht limitiert auf einen Kalman-Filter 14 verarbeitet. Hierbei werden die Signalqualitätssignale QS3, QS4 verwendet, um das Gain des Filters 14 in Abhängigkeit der aktuellen Signalqualität über der Laufzeit anzupassen. In einer Datenfusionseinheit 15 werden die Ausgänge der Filter 14 zusammengeführt, um das Signal mit der jeweiligen höheren Filter-Konfidenz auszuwählen und eine gefilterte Herzfrequenz S7 in eine Verifikationseinheit 16 zu speisen. Zur Überprüfung der wie vorstehend beschriebenen Ergebnisse kann im Testbetrieb ein weiterer Signalzweig (unten im Bild) verwendet werden, in welchem das tatsächliche Abbild S5 des Elektrokardiogramms 20 durch einen zuverlässigen (z.B. fest mit der Haut des Anwenders verbundenen) Sensor ermittelt wird und eine aus diesem Signal abgeleitete Herzfrequenz RS5 der Verifikationseinheit 16 zugeführt wird. 4 shows a flowchart for using an electrocardiogram 20 to monitor the constitution of a driver of a means of transport. Via sensors arranged in the steering wheel and in the driver's seat, different reliable signals S3 and S4 are recorded at different times, which signals are subsequently examined for their quality as well as for a derived heart rate. The quality signals QS3 or QS4 and the respective derived heart rate RS3 or RS4 are in a probabilistic signal-fusion filter, for example, but not limited to a Kalman filter 14 processed. Here, the signal quality signals QS3, QS4 are used to control the gain of the filter 14 depending on the current signal quality over the runtime. In a data fusion unit 15 become the outputs of the filters 14 merged to select the signal with the respective higher filter confidence and a filtered heart rate S7 into a verification unit 16 to dine. In order to check the results as described above, another signal branch (bottom of the picture) in which the actual image S5 of the electrocardiogram can be used in the test mode 20 is determined by a reliable (eg firmly connected to the skin of the user) sensor and derived from this signal heart rate RS5 of the verification unit 16 is supplied.

5 zeigt Sensorsignale und aus diesen erfindungsgemäß abgeleitete Signale über der Zeit. Im Teildiagramm a) sind ein aus dem Elektrokardiogramm 20 abgeleitetes Herzfrequenzsignal S5 (s. auch 4) und das gefilterte Herzfrequenzsignal S7 (s. 4) über 60 Sekunden aufgetragen. Das Signal S7 basiert auf den Signalen der in den Fahrersitz und das Lenkrad eingelassenen Sensoren. In Zeitpunkten, an welchen beide Sensoren keine verlässlichen Daten liefern, veranlasst das Filter eine Ausgabe entsprechend einem internen Modell. Das interne Modell hängt von dem gewählten Fusionsansatz ab. 5 shows sensor signals and from these inventively derived signals over time. In the partial diagram a) are one from the electrocardiogram 20 derived heart rate signal S5 (see also 4 ) and the filtered heart rate signal S7 (s. 4 ) applied for 60 seconds. The signal S7 is based on the signals of the sensors embedded in the driver's seat and the steering wheel. At times when both sensors do not provide reliable data, the filter causes output according to an internal model. The internal model depends on the chosen fusion approach.

Mittels eines Kalman-Filters können beispielsweise die Sensorsignale bezüglich der Herzfrequenz fusioniert werden. Hierzu wird die sogenannte „A-Matrix“ des Kalman-Filters zu „1“ gesetzt. Es wird also davon ausgegangen, dass sich die Herzfrequenz nur um das Prozessrauschen des Filters ändert, und dieses ist ein mittelwertfreies Gauß‘sches Rauschen, welches der natürlich auftretenden Herzfrequenzvariabilität entspricht. By means of a Kalman filter, for example, the sensor signals can be fused with respect to the heart rate. For this purpose, the so-called "A matrix" of the Kalman filter is set to "1". It is therefore assumed that the heart rate changes only by the process noise of the filter, and this is a mean-free Gaussian Noise, which corresponds to the naturally occurring heart rate variability.

Mittels anderer probabilistischer Ansätze kann ein EKG fusioniert bzw. geschätzt werden. Hierbei kann das EKG als binäres Signal abstrahiert werden, wobei jeweils der größte Erregungszustand („Peak“) einer „1“ entspricht und die übrigen Signalbestandteile durch „0“ repräsentiert werden. Soll ein Zeitpunkt eines nächsten Herzschlages abgeschätzt werden, kann das interne Modell ein Poisson-Prozess sein, welcher gemäß einer Poisson-Verteilung den nächsten Peak schätzt (siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Poisson-Prozess oder D. Heeger, „Poisson Model of Spike Generation“ , http://www.cns.nyu.edu/~david/handouts/poisson.pdf ). By means of other probabilistic approaches an ECG can be fused or estimated. In this case, the ECG can be abstracted as a binary signal, wherein in each case the largest excitation state ("peak") corresponds to a "1" and the other signal components are represented by "0". If a time of a next heartbeat is to be estimated, the internal model can be a Poisson process, which estimates the next peak according to a Poisson distribution (see http://en.wikipedia.org/wiki/Poisson- Process or D. Heeger, "Poisson Model of Spike Generation" . http://www.cns.nyu.edu/~david/handouts/poisson.pdf ).

Teildiagramm b) zeigt einen Vergleich der mittels des Filters fusionierten Daten S7 und der Signale S3 des Lenkradsensors bzw. des Signals S4 des Sitzsensors. Teildiagramm c) zeigt einen Vergleich zwischen dem Herzfrequenzsignal S5 und dem Signal S3 des Lenkradsensors bzw. dem Signal S4 des Sitzsensors. Partial diagram b) shows a comparison of the filter-fused data S7 and the signals S3 of the steering wheel sensor and the signal S4 of the seat sensor. Partial diagram c) shows a comparison between the heart rate signal S5 and the signal S3 of the steering wheel sensor and the signal S4 of the seat sensor.

Im Ergebnis ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Bereitstellung eines vergleichsweise zuverlässigen Elektrokardiogrammsignals über einen längeren prozentualen Zeitraum im Fahrzeug. Hierzu wird vorgeschlagen, eine Fusion bzw. gemeinsame Verwendung von Sensordaten sämtlicher verfügbarer Sensoren des Fahrzeugs vorzunehmen, um eine höhere Verfügbarkeit eines Elektrokardiogrammsignals gegenüber den Signalen einzelner Sensoren bereitzustellen. Die Fusion kann auf Basis eines wahrscheinlichkeitsbasierten Algorithmus (z.B. ein Kalman-Filter, ein adaptiver Kalman-Filtern, ein Ansatz zur wahrscheinlichkeitsbasierten Datenzusammenführung oder andere Filtermethoden) vorgenommen werden. Die vorgeschlagenen Algorithmen können die Signal-Rausch-Abstände und die Verfügbarkeit der unterschiedlichen Sensorsignale berücksichtigen. As a result, the present invention enables a relatively reliable electrocardiogram signal to be provided over a longer percentage of time in the vehicle. For this purpose, it is proposed to carry out a fusion or joint use of sensor data of all available sensors of the vehicle in order to provide a higher availability of an electrocardiogram signal compared to the signals of individual sensors. Fusion may be based on a probabilistic algorithm (e.g., a Kalman filter, adaptive Kalman filtering, a probabilistic data fusion approach, or other filtering techniques). The proposed algorithms can take into account the signal-to-noise ratios and the availability of the different sensor signals.

Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird. Although the aspects and advantageous embodiments of the invention have been described in detail with reference to the embodiments explained in connection with the accompanying drawings, modifications and combinations of features of the illustrated embodiments are possible for the skilled person, without departing from the scope of the present invention, the scope of protection the appended claims are defined.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Fahrer driver
2 2: Gurtsensor A web sensor
3 3: Lenkradsensor steering wheel sensor
4 4: Sitzsensor seat sensor
5 5: optische Kamera optical camera
6 6: Sitzfläche seat
7 7: Rückenlehne backrest
8 8th: Sicherheitsgurt safety belt
9 9: Kopfstütze headrest
10 10: PKW car
11 11: elektronisches Steuergerät electronic control unit
12 12: Lenkrad steering wheel
13 13: maximale Erregung („Peak“) maximum excitation ("peak")
14 14: Kalman-Filter Kalman filter
15 15: Datenfusionseinheit Data fusion unit
16 16: Verifikationseinheit verification unit
20 20: Elektrokardiogramm electrocardiogram
20‘ 20 ': abgeleitetes Kardiogramm derived cardiogram
100–600 100-600: Verfahrensschritte steps
QS3 QS3: Signalqualitätssignal Signal Quality Signal
QS4 QS4: Signalqualitätssignal Signal Quality Signal
RS3 RS3: Herzfrequenzsignal Heart rate signal
RS4 RS4: Herzfrequenzsignal Heart rate signal
RS5 RS5: Herzfrequenzsignal Heart rate signal
S3 S3: Lenkradsensorsignal Steering wheel sensor signal
S4 S4: Sitzsensorsignal Seat sensor signal
S5 S5: Herzfrequenzsignal Heart rate signal
S7 S7: gefiltertes Herzfrequenzsignal filtered heart rate signal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

http://en.wikipedia.org/wiki/Poisson Process or D. Heeger, "Poisson Model of Spike Generation" [0029]
http://www.cns.nyu.edu/~david/handouts/poisson.pdf [0029]

Claims

Procedure for monitoring a constitution of a leader ( 1 ) of a means of transportation ( 10 ), hereinafter referred to as "driver ( 1 ), Comprising the steps of: - detecting ( 100 ) of the driver's electrocardiogram signal ( 1 ) by means of a first sensor ( 2 . 3 . 4 ), - To capture ( 200 ) a characteristic of the electrocardiogram signal by means of a second sensor ( 5 ), - Detect ( 300 ) a degradation in the quality of the electrocardiogram signal, and in response thereto - use ( 400 ) by means of the second sensor ( 4 ) to monitor the condition of the driver ( 1 ) until the quality degradation is overcome.

Method according to one of the preceding claims, wherein the first sensor ( 2 . 3 . 4 ) and / or the second sensor ( 5 ) comprises a capacitive sensor and / or a galvanic sensor.

Method according to one of the preceding claims, wherein the second sensor ( 5 ) comprises an optical sensor and / or a radar sensor.

Method according to one of the preceding claims, wherein the first sensor ( 2 . 3 . 4 ) and / or the second sensor ( 5 ) in - a seat ( 6 ) and / or - a backrest ( 7 ) and / or - a headrest ( 9 ) and / or - a safety belt ( 8th ) and / or - a steering wheel of the means of locomotion ( 10 ) is integrated.

Method according to one of the preceding claims, wherein the means of the second sensor ( 5 ) - a parameter of a heartbeat, in particular a heart rate, is.

Method according to one of the preceding claims, wherein the quality loss of the electrocardiogram signal is characterized in that a time of a heartbeat, in particular a heart rate, from the electrocardiogram signal is not derivable.

Method according to one of the preceding claims further comprising - deriving ( 600 ) of a presumed shape of an electrocardiogram ( 20 ) based on the second sensor ( 5 ) recorded characteristic.

Method according to one of the preceding claims further comprising - determining ( 500 ) a probability distribution of the phases of an electrocardiogram on the basis of the second sensor ( 5 ) recorded characteristic.

Device for monitoring a constitution of a leader ( 1 ) of a means of transportation ( 10 ), hereinafter referred to as "driver ( 1 ), Comprising - a first sensor ( 2 . 3 . 4 ), - a second sensor ( 5 ), and - an evaluation unit ( 11 ), the first sensor ( 2 . 3 . 4 ), an electrocardiogram signal of the driver ( 1 ), the second sensor ( 5 ) is arranged to detect a characteristic of the electrocardiogram signal, wherein the evaluation unit ( 11 ) is adapted to detect a deterioration in the quality of the electrocardiogram signal and, in response thereto, to detect by means of the second sensor ( 5 ) for monitoring the condition of the driver ( 1 ) until the quality degradation is overcome.

Means of transport comprising a device according to claim 9.